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公開番号2024137537
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2023049092
出願日2023-03-24
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】信頼性が向上する半導体装置を提供する。
【解決手段】第1の面と第2の面とを有し、第2の面の側から順に、第1導電形の第1の炭化珪素領域、第2導電形の第2の炭化珪素領域、第2導電形の第2の炭化珪素領域、第1導電形の第4の炭化珪素領域が設けられた炭化珪素層と、第1の方向に延びる第1のゲート電極及び第2のゲート電極と、第1のゲート電極と第2のゲート電極との間に位置し、第3の炭化珪素領域及び第4の炭化珪素領域に接する第1の部分と、第1のゲート電極と第2のゲート電極との間に位置し、第1の部分の第1の方向に設けられ、第1の炭化珪素領域に接する第2の部分と、を含む第1の電極と、炭化珪素層の第2の面の側の第2の電極と、を備える。第4の炭化珪素領域に対向する第2の炭化珪素領域の深さは、第1のゲート電極に対向する第2の炭化珪素領域の深さよりも浅い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、を有する炭化珪素層であって、
第1導電形の第1の炭化珪素領域と、
前記第1の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の炭化珪素領域と、
前記第2の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2の炭化珪素領域の第2導電形不純物濃度よりも第2導電形不純物濃度の高い、第2導電形の第3の炭化珪素領域と、
前記第2の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1の面に接する第1導電形の第4の炭化珪素領域と、
を含む炭化珪素層と、
前記第1の面に平行な第1の方向に延び、前記第2の炭化珪素領域と対向した第1のゲート電極と、
前記第1の方向に延び、前記第1のゲート電極に対し前記第1の面に平行で前記第1の方向に垂直な第2の方向に設けられ、前記第2の炭化珪素領域と対向した第2のゲート電極と、
前記第2の炭化珪素領域と前記第1のゲート電極との間に設けられた第1のゲート絶縁層と、
前記第2の炭化珪素領域と前記第2のゲート電極との間に設けられた第2のゲート絶縁層と、
前記炭化珪素層の前記第1の面の側に設けられた第1の電極であって、
前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に設けられ、前記第3の炭化珪素領域及び前記第4の炭化珪素領域に接する第1の部分と、
前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に設けられ、前記第1の部分の前記第1の方向に設けられ、前記第1の炭化珪素領域に接する第2の部分と、
を含む第1の電極と、
前記炭化珪素層の前記第2の面の側に設けられた第2の電極と、
を備え、
前記第1の炭化珪素領域は、第1の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第3の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第4の領域と、を有し、
前記第2の領域の第1導電形不純物濃度は、前記第1の領域の第1導電形不純物濃度よりも高く、
前記第3の領域の第1導電形不純物濃度は、前記第1の領域の前記第1導電形不純物濃度よりも高く、
前記第2の炭化珪素領域は、前記第1のゲート電極に対向する第5の領域と、前記第2のゲート電極に対向する第6の領域と、前記第5の領域と前記第6の領域との間に設けられ前記第5の領域の深さ及び前記第6の領域の深さよりも深さの浅い第7の領域と、を有し、
前記第2の領域は、前記第1の領域と前記第5の領域との間に設けられ、
前記第3の領域は、前記第1の領域と前記第6の領域との間に設けられ、
前記第4の領域は、前記第1の領域と前記第7の領域との間に設けられる、半導体装置。
続きを表示(約 1,400 文字)【請求項2】
前記第4の領域の第1導電形不純物濃度は、前記第1の領域の前記第1導電形不純物濃度よりも高い、請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第4の領域の前記第1導電形不純物濃度は、前記第2の領域の前記第1導電形不純物濃度よりも高く、
前記第4の領域の前記第1導電形不純物濃度は、前記第3の領域の前記第1導電形不純物濃度よりも高い、請求項2記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第4の領域の前記第1導電形不純物濃度は、前記第2の領域の前記第1導電形不純物濃度の2倍以上であり、
前記第4の領域の前記第1導電形不純物濃度は、前記第3の領域の前記第1導電形不純物濃度の2倍以上である、請求項3記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第5の領域の前記深さは、1.5μm以上であり、
前記第6の領域の前記深さは、1.5μm以上である、請求項1記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第7の領域の前記深さは、前記第5の領域の前記深さの2分の1以下であり、
前記第7の領域の前記深さは、前記第6の領域の前記深さの2分の1以下である、請求項1記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1の方向に延び、前記第2のゲート電極に対し前記第2の方向に設けられ、前記第1のゲート電極との間に前記第2のゲート電極が設けられた第3のゲート電極と、
第3のゲート絶縁層とを、更に備え、
前記炭化珪素層は、
前記第1の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2の炭化珪素領域に対し前記第2の方向に離隔した第2導電形の第5の炭化珪素領域と、
前記第5の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第5の炭化珪素領域の第2導電形不純物濃度よりも第2導電形不純物濃度の高い、第2導電形の第6の炭化珪素領域と、
前記第5の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1の面に接する第1導電形の第7の炭化珪素領域と、
を更に含み、
前記第2のゲート電極は、前記第5の炭化珪素領域と対向し、
前記第2のゲート絶縁層は、前記第5の炭化珪素領域と前記第2のゲート電極との間に設けられ、
前記第3のゲート電極は、前記第5の炭化珪素領域と対向し、
前記第3のゲート絶縁層は、前記第5の炭化珪素領域と前記第3のゲート電極との間に設けられ、
前記第1の電極は、前記第2のゲート電極と前記第3のゲート電極との間に設けられ、前記第6の炭化珪素領域及び前記第7の炭化珪素領域に接する第3の部分を、更に含む、請求項1記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第5の領域と前記第6の領域との間の前記第2の方向の距離は、
前記第2の炭化珪素領域と前記第5の炭化珪素領域との間の前記第2の方向の距離よりも大きい、請求項7記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2の部分の前記第2の方向に、前記第3の部分が位置する、請求項7記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第1のゲート電極は、前記第1の面において前記第2の炭化珪素領域と対向し、
前記第2のゲート電極は、前記第1の面において前記第2の炭化珪素領域と対向する、請求項1記載の半導体装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
半導体デバイス用の材料として炭化珪素がある。炭化珪素はシリコンと比較して、バンドギャップが約3倍、破壊電界強度が約10倍、熱伝導率が約3倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば、例えば、高耐圧、低損失かつ高温動作可能なMetal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET)を実現することができる。
【0003】
炭化珪素を用いた縦形のMOSFETは、内蔵ダイオードとしてpn接合ダイオードを有する。例えば、MOSFETは誘導性負荷に接続されたスイッチング素子として用いられる。この場合、MOSFETがオフ状態であっても、pn接合ダイオードを用いることで還流電流を流すことが可能となる。
【0004】
しかし、バイポーラ動作するpn接合ダイオードを用いて還流電流を流すと、キャリアの再結合エネルギーにより炭化珪素層中に積層欠陥が成長する。炭化珪素層中に積層欠陥が成長すると、MOSFETのオン抵抗が増大するという問題が生ずる。MOSFETのオン抵抗の増大は、MOSFETの信頼性の低下を招く。例えば、MOSFETに内蔵ダイオードとしてユニポーラ動作するSchottky Barrier Diode(SBD)を設けることで、炭化珪素層中の積層欠陥の抑制が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2022-48926号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性が向上する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態の半導体装置は、第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、を有する炭化珪素層であって、第1導電形の第1の炭化珪素領域と、前記第1の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の炭化珪素領域と、前記第2の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2の炭化珪素領域の第2導電形不純物濃度よりも第2導電形不純物濃度の高い、第2導電形の第3の炭化珪素領域と、前記第2の炭化珪素領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1の面に接する第1導電形の第4の炭化珪素領域と、を含む炭化珪素層と、前記第1の面に平行な第1の方向に延び、前記第2の炭化珪素領域と対向した第1のゲート電極と、前記第1の方向に延び、前記第1のゲート電極に対し前記第1の面に平行で前記第1の方向に垂直な第2の方向に設けられ、前記第2の炭化珪素領域と対向した第2のゲート電極と、前記第2の炭化珪素領域と前記第1のゲート電極との間に設けられた第1のゲート絶縁層と、前記第2の炭化珪素領域と前記第2のゲート電極との間に設けられた第2のゲート絶縁層と、前記炭化珪素層の前記第1の面の側に設けられた第1の電極であって、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に設けられ、前記第3の炭化珪素領域及び前記第4の炭化珪素領域に接する第1の部分と、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極との間に設けられ、前記第1の部分の前記第1の方向に設けられ、前記第1の炭化珪素領域に接する第2の部分と、を含む第1の電極と、前記炭化珪素層の前記第2の面の側に設けられた第2の電極と、を備え、前記第1の炭化珪素領域は、第1の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第3の領域と、前記第1の領域と前記第2の炭化珪素領域との間に設けられた第4の領域と、を有し、前記第2の領域の第1導電形不純物濃度は、前記第1の領域の第1導電形不純物濃度よりも高く、前記第3の領域の第1導電形不純物濃度は、前記第1の領域の前記第1導電形不純物濃度よりも高く、前記第2の炭化珪素領域は、前記第1のゲート電極に対向する第5の領域と、前記第2のゲート電極に対向する第6の領域と、前記第5の領域と前記第6の領域との間に設けられ前記第5の領域の深さ及び前記第6の領域の深さよりも深さの浅い第7の領域と、を有し、前記第2の領域は、前記第1の領域と前記第5の領域との間に設けられ、前記第3の領域は、前記第1の領域と前記第6の領域との間に設けられ、前記第4の領域は、前記第1の領域と前記第7の領域との間に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第1の実施形態の半導体装置の模式上面図。
第1の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第1の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第1の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第1の実施形態の半導体装置の拡大模式上面図。
第1の実施形態の半導体装置の等価回路図。
比較例の半導体装置の拡大模式断面図。
第1の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第1の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第2の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第2の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第2の実施形態の半導体装置の模式上面図。
第2の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第2の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第2の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第2の実施形態の半導体装置の拡大模式上面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する場合がある。
【0010】
また、以下の説明において、n

、n、n

及び、p

、p、p

の表記がある場合、それらの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちn

はnよりもn形不純物濃度が相対的に高く、n

はnよりもn形不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、p

はpよりもp形不純物濃度が相対的に高く、p

はpよりもp形不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、n

形、n

形を単にn形、p

形、p

形を単にp形と記載する場合もある。
(【0011】以降は省略されています)

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